響應(yīng)面法優(yōu)化蟲(chóng)草參多糖的提取工藝研究

趙娟娟　吳榮榮　苑園園　白艷梅

響應(yīng)面法優(yōu)化蟲(chóng)草參多糖的提取工藝研究

趙娟娟1,2吳榮榮1,2苑園園1白艷梅1

（1.衡水學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院河北衡水053000；2.河北省果蔬發(fā)酵技術(shù)創(chuàng)新中心河北衡水053000）

文章以蟲(chóng)草參為原料，采用超聲波輔助法提取蟲(chóng)草參多糖。依據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，利用響應(yīng)面法進(jìn)行優(yōu)化，得出蟲(chóng)草參多糖提取的最佳工藝條件：液料比1∶41.10（g/mL）、超聲功率308 W、提取溫度90.5 ℃、提取時(shí)間8.2 min。蟲(chóng)草參多糖的得率為8.85%。

蟲(chóng)草參；多糖提?。豁憫?yīng)面優(yōu)化

蟲(chóng)草參又稱(chēng)地參，外形類(lèi)似于蟲(chóng)草，粗細(xì)如手指，營(yíng)養(yǎng)豐富，是食藥用菌，享有“山中之王”的美稱(chēng)[1]。研究表明，蟲(chóng)草參含有多糖、多種氨基酸、有機(jī)酸以及人體所需的20多種微量元素[2]。其中，蟲(chóng)草參多糖具有顯著的抗氧化作用，同時(shí)具有免疫調(diào)節(jié)、抗病毒、抗腫瘤、降血糖、抗衰老等作用[3]。本研究采用超聲波輔助法提取蟲(chóng)草參中的多糖物質(zhì)，并確定最佳提取工藝條件，為今后蟲(chóng)草參的深加工及蟲(chóng)草參多糖的應(yīng)用研究提供數(shù)據(jù)支持。

1 超聲波輔助法提取蟲(chóng)草參多糖單因素試驗(yàn)

1.1 材料與方法

1.1.1 主要材料、試劑與設(shè)備

試驗(yàn)材料蟲(chóng)草參采自遼寧營(yíng)口市蓋州市，試劑包括95%乙醇、葡萄糖、苯酚、硫酸等（分析純，天津市河?xùn)|區(qū)紅巖試劑廠(chǎng)）。

試驗(yàn)設(shè)備包括XH-300A超聲微波萃取儀（北京祥鵠科技發(fā)展有限公司）、HH-4數(shù)顯恒溫水浴鍋（江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司）、UV-5500紫外分光光度計(jì)（上海元析儀器有限公司）。

1.1.2 試驗(yàn)方法

（1）葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的繪制

精確稱(chēng)取葡萄糖標(biāo)品0.600 g，配制成1.2 mg/mL的葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)溶液備用。取6個(gè)干燥的試管，將備用液依次稀釋為0.02 mg/mL、0.04 mg/mL、0.06 mg/mL、0.08 mg/mL、0.10 mg/mL、0.12 mg/mL。分別取不同濃度的溶液1 mL，加入濃硫酸5 mL、5%苯酚1.0 mL，充分混勻，室溫保持30 min，之后在490 nm處測(cè)定吸光度，以葡萄糖濃度和吸光度分別為橫、縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。

（2）料液比的確定

稱(chēng)取1.000 g蟲(chóng)草參，料液比（g/mL）設(shè)置為1∶20、1∶30、1∶40、1∶50和1∶60，超聲功率設(shè)置為300 W，80 ℃提取8 min。采用苯酚硫酸法測(cè)定多糖的含量[4]，計(jì)算出多糖得率。

（3）超聲功率的確定

稱(chēng)取1.000 g蟲(chóng)草參，按照上述最佳料液比，設(shè)置不同超聲波功率，即100 W、200 W、300 W、400 W和500 W，80 ℃提取8 min。采用苯酚硫酸法測(cè)定多糖的含量，計(jì)算出多糖得率。

（4）提取溫度的確定

稱(chēng)取1.000 g蟲(chóng)草參，在上述最佳料液比和超聲功率條件下，設(shè)置不同提取溫度，即60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃和100 ℃，提取8 min。采用苯酚硫酸法測(cè)定多糖的含量，計(jì)算出多糖得率。

（5）提取時(shí)間的確定

采用上述單因素實(shí)驗(yàn)中的最佳條件，設(shè)置不同提取時(shí)間，即4 min、6 min、8 min、10 min和12 min。采用苯酚硫酸法測(cè)定多糖的含量，計(jì)算出多糖得率。

1.2 結(jié)果及分析

1.2.1 葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的繪制

葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)如圖1所示，可得出葡萄糖濃度（）與吸光度（）的線(xiàn)性方程=0.474 3+0.013 7，2=0.995 4，葡萄糖濃度與吸光度之間的線(xiàn)性關(guān)系良好。

1.2.2 液料比的確定

由圖2可知，在料液比1∶40時(shí)，蟲(chóng)草參多糖的得率最高，因?yàn)殡S著提取液的增加，多糖的溶解量也在增大，當(dāng)液料比達(dá)1∶40后提取率達(dá)到最大，因?yàn)槎嗵堑牧渴且欢ǖ?，?dāng)溶出多糖達(dá)到最大值時(shí)，再增加提取液體積屬于浪費(fèi)，故料液比為1∶40時(shí)多糖的提取率最佳。

圖2　不同料液比下的多糖提取率

1.2.3 超聲波功率的確定

由圖3可知，超聲功率為300 W，蟲(chóng)草參多糖得率最高。因?yàn)槌暪β瘦^低，蟲(chóng)草參多糖提取不完全；超聲功率過(guò)高引起多糖成分發(fā)生分解。所以超聲功率最佳為300 W。

圖3　不同超聲功率下的多糖提取率

1.2.4 提取溫度的確定

由圖4可知，當(dāng)提取溫度為90 ℃時(shí)，蟲(chóng)草參多糖的得率最高。溫度太低，多糖不能完全提取出來(lái)，超過(guò)90 ℃后，又由于溫度過(guò)高引起多糖發(fā)生變性而使多糖的提取率降低。確定最佳提取溫度為90 ℃。

圖4　不同提取溫度下的多糖提取率

1.2.5 提取時(shí)間的確定

由圖5可知，提取時(shí)間8 min時(shí)，蟲(chóng)草參多糖得率最高，小于8 min，提取時(shí)間不夠，蟲(chóng)草參多糖被提取不完全，提取時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，會(huì)造成蟲(chóng)草參多糖成分被破壞。所以8 min為最佳提取時(shí)間。

圖5　不同提取時(shí)間下的多糖提取率

2 響應(yīng)面試驗(yàn)優(yōu)化工藝

2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)

以蟲(chóng)草參多糖的提取率為響應(yīng)值，對(duì)單因素試驗(yàn)得出的最佳條件采用4因素3水平的Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)，因素水平如表1所示。

表1　響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平

2.2 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)

通過(guò)響應(yīng)面Box-BehnkenDesign模型進(jìn)行分析，結(jié)果如表2所示。

2.2.2 方差分析

應(yīng)用Design-Expert軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，結(jié)果如表3所示。

表2　響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案及結(jié)果

續(xù)表2響應(yīng)面設(shè)計(jì)方案及結(jié)果

表3　擬合二次項(xiàng)模型的方差分析

注：*表示＜0.05，為顯著相關(guān)；**表示＜0.01，為極顯著相關(guān)。

根據(jù)方差分析，得到四個(gè)因素對(duì)多糖提取率的回歸方程：=8.89+0.25+0.25+0.19+0.074+0.43+0.30+0.73-0.055-0.062+0.070-1.062-1.092-1.212-0.702，2=0.969 4。

因素A料液比的值為0.002 3（＜0.01），B超聲功率的值為0.001 9（＜0.01），C提取溫度的值為0.012 3（＜0.05），說(shuō)明因變量和自變量之間有顯著的線(xiàn)性關(guān)系。二次項(xiàng)A2、B2、C2、D2的值都小于0.01，表明料液比、超聲功率、提取溫度、提取時(shí)間4個(gè)因素對(duì)蟲(chóng)草參多糖的提取率均有極顯著的影響。交互項(xiàng)料液比×超聲功率的值為0.002 2，料液比×提取溫度的值為0.021 6，料液比×提取時(shí)間的值小于0.000 1，說(shuō)明料液比與超聲功率、料液比與提取溫度、料液比與提取時(shí)間的交互作用對(duì)蟲(chóng)草參多糖提取率的影響顯著。

2.2.3 響應(yīng)面的曲面分析

通過(guò)Design-Expert軟件，作出響應(yīng)面曲線(xiàn)圖和等高線(xiàn)圖，結(jié)果如圖6所示。

圖6　料液比與超聲功率交互作用的響應(yīng)面圖和等高線(xiàn)圖

響應(yīng)面的坡度越大，說(shuō)明該因素對(duì)蟲(chóng)草參多糖得率的影響越大，橢圓形的等高線(xiàn)圖說(shuō)明兩因素之間交互作用顯著。響應(yīng)曲面上的最高點(diǎn)就表示蟲(chóng)草參多糖的最佳提取工藝，此時(shí)蟲(chóng)草參多糖的提取率最高。

2.3 確定最優(yōu)值和回歸模型的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

由響應(yīng)面軟件分析可知，蟲(chóng)草參中多糖得率最高時(shí)，料液比為1∶41.10（g/mL），超聲功率為307.63 W，提取溫度為90.53 ℃，提取時(shí)間為8.17 min，此時(shí)理論上多糖得率為8.95%。考慮到實(shí)際提取工藝中，條件設(shè)定不能特別準(zhǔn)確的情況，選取料液比、超聲波功率、提取溫度、提取時(shí)間依次為1∶41.10（g/mL）、308 W、90.5 ℃、8.2 min，做3次平行實(shí)驗(yàn)，得出3次平行實(shí)驗(yàn)中蟲(chóng)草參多糖得率平均值為8.85%，與響應(yīng)面軟件的預(yù)測(cè)值8.95%相差0.001，說(shuō)明該模型比較可靠。

3 結(jié)論

本研究采取超聲波輔助法從蟲(chóng)草參中提取多糖，通過(guò)單因素試驗(yàn)和響應(yīng)面法優(yōu)化的方法，最終得到蟲(chóng)草參多糖提取的最佳工藝條件：液料比1∶41.10（g/mL）、超聲功率308 W、提取溫度90.5 ℃、提取時(shí)間8.2 min。此條件下，蟲(chóng)草參多糖得率的平均值為8.85%，與模型預(yù)測(cè)值相差較小，工藝的重復(fù)性好。

[1]陶佩琳,張瑩.藥食兩用蟲(chóng)草參大田栽培技術(shù)[J].現(xiàn)代園藝,2019(7):75-76.

[2]楊進(jìn)卯.地參變“地金”[J].農(nóng)家之友,2016(10):57.

[3]張賽男.蟲(chóng)草參多糖提取工藝研究[J].北京農(nóng)業(yè),2015(12):15-16.

[4]陳貴元,張翠香,羅永會(huì),等.地參多糖的提取工藝研究[J].中國(guó)實(shí)驗(yàn)方劑學(xué)雜志,2011,17(21):38-40.

[5]周康,韓航,王偉,等.超聲波輔助提取蟲(chóng)草參多糖及其抗氧化能力研究[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2017,45(3):135-137.

10.3969/j.issn.2095-1205.2022.10.16

TQ460.6

A

2095-1205(2022)10-55-04

衡水學(xué)院校級(jí)課題（2022ZR09）；河北省果蔬發(fā)酵技術(shù)創(chuàng)新中心開(kāi)放基金項(xiàng)目（SG2021129）

趙娟娟（1982- ），女，漢族，河北武邑人，碩士研究生，講師，研究方向?yàn)樘烊划a(chǎn)物提取及應(yīng)用研究。